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第四章 移动通信系统 本章要点：移动通信网的概念GSM数字蜂窝网的网络结构GSM系统的关键技术码分多址技术1n n移动性移动性 n n波传播的复杂性波传播的复杂性 n n强干扰环境下工作强干扰环境下工作n n互调干扰互调干扰n n邻道干扰邻道干扰n n同频干扰同频干扰 n n多普勒现象多普勒现象 n n系统和网络结构复杂n n频带的利用率高、设备性能好 n n移动终端工作环境恶劣移动通信特点2第五章 光纤通信本章要点：光纤通信概述光纤与光缆光纤通信系统3l微波通信l卫星通信第六章 微波通信和卫星通信41微波通信频段划分n n微波通信是把微波信号作为载波信号，用被传输的模拟信号或数字信号来调制它，故微波通信是模拟传输。微波波段300MHz300GHz6.1微波通信微波通信52微波中继通信n n沿地球表面直线传播，一般只有50km左右。但若采用100m高的天线塔，则距离可增大到l00km。63微波通信的特点 n n通信频段的频带宽，传输信息容量大 n n通信稳定、可靠 n n接力 n n通信灵活性较大 n n天线增益高、方向性强 n n投资少、建设快 n n数字化 7数字微波通信系统的组成 终端站、分路站、枢纽站和中继站 86.2 卫星通信n n将微波中继站放在人造卫星上时，便形成了卫星通信系统。n n利用利用35786.6km35786.6km高的人造同步地球卫星高的人造同步地球卫星9无线电波传输示意图106.2.1 卫星通信的特点 n n通信覆盖面积大通信覆盖面积大n n1 1颗卫星覆盖地球表面颗卫星覆盖地球表面42%42%n n通信距离远通信距离远n n卫星单跳最大通信距离达卫星单跳最大通信距离达1800km 1800km n n传输容量大传输容量大n n线路稳定可靠，质量高线路稳定可靠，质量高n n畅通率在畅通率在99.8%99.8%以上以上 n n通信灵活通信灵活n n传输延迟大传输延迟大n n往返传播延迟约为往返传播延迟约为0.540.54s s 11卫星通信系统的分类 n n同步卫星通信系统(GEO)n n非同步卫星通信系统 n n中轨道卫星系统中轨道卫星系统(ICOICO或或MEOMEO)n n椭圆轨道卫星系统椭圆轨道卫星系统(HEOHEO)n n低轨道卫星系统低轨道卫星系统(LEOLEO)12第七章第七章 接入网接入网l 接入网的概念和特点l 接入网的业务需求及市场l xDSL技术、光接入网技术、HFC技术和无线接入网技术13接入网的分类接入网接入网核心网核心网有线接入有线接入无线接入无线接入卫星接入卫星接入高空平台高空平台蜂窝接入蜂窝接入微波接入微波接入FWA,WLLWLANPAN通信网通信网光纤接入光纤接入PON，APONFTTB/C/H/R混合光纤同轴网混合光纤同轴网Cable ModemDSL(ADSL,HDSL)14接入网的特点接入网的特点n业务量密度低：利用率不到1%n相对成本高n成本差异大n成本与业务量无关n运行环境恶劣n技术变化慢15接入网新技术n n有线接入n nxDSLxDSL接入、接入、HomePNAHomePNA、电力线接入、光、电力线接入、光接入、以太网接入接入、以太网接入n n无线接入n n红外线、蓝牙、红外线、蓝牙、Wi-FiWi-Fi、UWBUWB16nPAS（小灵通）n1PAS的特点 PAS即个人通信接入系统。人们爱称它为“小灵通”。它具有以下特点。（1）PAS的定位是固定电话的补充和延伸。（2）PAS的最大特点是物美价廉。17（3）PAS手持机具有体积小、重量轻和通话时间长的特点。（4）PAS可以与家用电话或办公电话共用一个电话号码，一方取机另一方可以自动切断，防止窃听。（5）PAS手持机杂音小，音质清晰，完全可以和固定电话的音质相媲美，而且保密性比固定电话强。18第八章通信新技术与未来发展l通信新技术l蓝牙技术l下一代网络l软交换技术l软件无线电l通信未来发展趋势19通信技术的进展n n数据业务超过语音业务n nIP逐渐步入统治时代n n新业务提供商加入市场电路交换电路交换电路交换传统电信时代新电信时代1998分组交换分组交换分组交换总通信容量20电信业的变化t网络为中心t程控交换机为基础的网络t传统电信产业t话音收入为主t用户为中心t分组交换为核心的分布式计算系统t多媒体电信产业t增值业务收入为主FromTo218.1 蓝牙技术（1）蓝牙系统的基本术语n n1）微微网（Piconet）n n2）分布式网络（Scatternet）n n3）主设备（Master unit）n n4）从设备（Slave unit）n n5）MAC地址(MAC address)n n6）休眠设备（Parked units）n n7）监听及保持方式（Sniff and Hold mode）22(2)无线频段的选择和抗干扰n n蓝牙技术采用24002483.5MHz的ISM（工业、科学和医学）频段，这是因为：n n（1）该频段内没有其它系统的信号干扰，同时频段向公众开放，无须特许；n n（2）频段在全球范围内有效。23(3)无线频段的选择和抗干扰24(4)多址接入体系和调制方式蓝牙技术采用高斯型频移键控（GFSK）调制，调制系数为0.3。25(5)蓝牙系统的功能单元n n 蓝牙系统一般有个功能单元组成：无线射频单元、连接控制（固件）单元、链路管理（软件）单元、蓝牙软件（协议）单元。26(6)微微网间通信n n蓝牙时隙连接采用基于包的通信，使不同微微网可互联。欲连接单元可加入到不同微微网中，但因无线信号只能调制到单一跳频载波上，任一时刻单元只能在一微微网中通信。27(7)蓝牙技术和产品应用领域n n从市场的角度看，蓝牙技术可制造出点对点连接、点对多点连接的市场应用产品及个人局域网等网络产品。Internet288.2 下一代网络(智能网)n n下一代通信网NGN：是一个分组网络，它可以提供包括电信业务在内的多种业务，它能够利用多种带宽，具有QoS 控制能力，能够实现业务功能与底层传送技术的分离；它使得用户可以对不同业务提供商的网络进行自由地接入，并支持通用移动性，实现用户对业务使用的一致性和统一性。29下一代网络应该具有以下主要特点：n n（1）采用开放的网络体系结构和标准接口。n n（2）下一代网络是业务驱动的网络，呼叫控制与业务层和媒体层分离，即业务与呼叫控制分离，呼叫与承载分离。n n（3）层次化的功能模型。n n（4）下一代网络是基于统一协议的、基于分组的网络。30下一代网络的业务（1）多媒体特性明显（2）日益完善的开放性（3）业务提供个性化（4）虚拟业务将逐步发展（5）业务的智能化31智能网总体结构X25SCPIPNetworkPSTN,ISDN,.SSP#7 networkSPESPPSMPSSPSCPSCE32智能网国际标准n n先进智能网标准(AIN)n nBellcoreBellcoren n智能网能力集(IN CS)n nITU-T(ITU-T(美国美国)n n智能网能力集智能网能力集(CS-X(CS-X，X=1,2X=1,2)n n智能网建议智能网建议(Q.12XY)(Q.12XY)33近期目标-综合智能网CCS7 NETWORKPSTNB-ISDNN-ISDNPSPDNMobile NetworkSCPSSPIPSMSServiceProviderEnd-UserEnd-UserEnd-UserEnd-UserDBINTERNETEnd-UserInternet348.3 软交换技术n n软交换是下一代网络的核心技术软交换是下一代网络的核心技术n n软交换的基本思想：呼叫和承载分离软交换的基本思想：呼叫和承载分离n n软交换最开始提出的出发点是基于软交换最开始提出的出发点是基于：n n将将现现有有的的电电路路交交换换网网逐逐步步地地向向IPIP网网过过渡渡，替替代代传传统的电路交换网；统的电路交换网；n n向向IPIP电电话话提提供供更更多多的的业业务务，获获得得与与传传统统的的电电路路交交换网所能提供的相同的业务。换网所能提供的相同的业务。n n向向NGNNGN网络演进的主要推动力：网络演进的主要推动力：n n当数据业务将取代话音业务成为主要的收益来源当数据业务将取代话音业务成为主要的收益来源时，向以数据为主的分组网络演进不可避免；时，向以数据为主的分组网络演进不可避免；n n但由于话音仍是一种重要的业务，这就要求下一但由于话音仍是一种重要的业务，这就要求下一代网络必须根据不同业务的要求提供相应的代网络必须根据不同业务的要求提供相应的QoSQoS保证。保证。358.4软件无线电 完整的完整的软件无线电概念和结构体系软件无线电概念和结构体系是由美国是由美国MILTRMILTR公司公司的的Jeo MitolaJeo Mitola于于19921992年年5 5月首次明确提出的。月首次明确提出的。其基本思想是：其基本思想是：将宽带将宽带A/DA/D变换尽可能地靠近射频天线，变换尽可能地靠近射频天线，即尽可能早地将接收到的模拟信号数字化，即尽可能早地将接收到的模拟信号数字化，最大程度地通最大程度地通过软件来实现电台的各种功能过软件来实现电台的各种功能。通过运行不同的算法，软。通过运行不同的算法，软件无线电可以件无线电可以实时地配置信号波形，使其能够提供各种语实时地配置信号波形，使其能够提供各种语音编码、信道调制、载波频率、加密算法等无线电通信业音编码、信道调制、载波频率、加密算法等无线电通信业务务。软件无线电是多频段、多模式、开放式体系结构，其无线软件无线电是多频段、多模式、开放式体系结构，其无线功能功能通过加载软件来实现通过加载软件来实现，从而，从而提供多种无线电通信业务提供多种无线电通信业务。软件无线电的基本平台包括：软件无线电的基本平台包括：天线、多频段射频天线、多频段射频 （RFRF）转）转换器、宽带换器、宽带A/DA/D（D/A D/A）转换器和）转换器和DSPDSP处理器处理器等。等。36 软件软件无线电技术分为无线电技术分为三大模块三大模块：宽带：宽带/多频段天线与宽带多频段天线与宽带射频模块、模数转换部分以及高速并行射频模块、模数转换部分以及高速并行DSPDSP技术。各大模技术。各大模块的功能如下：块的功能如下：（1 1）宽带宽带/多频段天线与宽带射频模块多频段天线与宽带射频模块 软件无线电台的一个商业应用是移动通信中基站采用的软件无线电台的一个商业应用是移动通信中基站采用的“智能天线智能天线”。提高智能天线载提高智能天线载/干比的途径有三条干比的途径有三条：1 1）利用天线截面积，用定向阵列产生增益。）利用天线截面积，用定向阵列产生增益。2 2）减少多径衰落，防止多径传播所引起的载）减少多径衰落，防止多径传播所引起的载/干比损耗；干比损耗；3 3）识别并抑制干扰信号。软件无线电台结构支持这三种方）识别并抑制干扰信号。软件无线电台结构支持这三种方法的实现。法的实现。宽带射频前端宽带射频前端要求器件有较宽的频率范围，主要完成低噪要求器件有较宽的频率范围，主要完成低噪声放大、滤波、混频、自动增益控制（声放大、滤波、混频、自动增益控制（AGCAGC）以及输出功）以及输出功率放大等功能。率放大等功能。宽带低噪声前置放大器宽带低噪声前置放大器可达到几个倍频程，这无论是在器可达到几个倍频程，这无论是在器件上还是电路设计上都没有困难，几个倍频程的宽带功放件上还是电路设计上都没有困难，几个倍频程的宽带功放则需要很好地选择器件并使用电路则需要很好地选择器件并使用电路CADCAD优化技术。优化技术。37 （2 2）模数转换部分模数转换部分 在无线接收机中，在无线接收机中，A/DA/D转换器是一关键部件转换器是一关键部件，它常用于射频或中频的宽带数字化。现有的它常用于射频或中频的宽带数字化。现有的A/DA/D转换器还不能同时满足速率与采样位数的要求。转换器还不能同时满足速率与采样位数的要求。解决方法：一方面考虑用多个高速的采样保持电解决方法：一方面考虑用多个高速的采样保持电路和模数转换器路和模数转换器ADCADC，然后通过并串转换将量化，然后通过并串转换将量化速度降低，以提高采样分辨率；另外也可考虑研速度降低，以提高采样分辨率；另外也可考虑研究适合于低分辨率、高采样率的究适合于低分辨率、高采样率的A/DA/D编码调制方编码调制方案。案。在无线接收机中使用在无线接收机中使用A/DA/D转换器时，必须考虑转换器时，必须考虑的因素包括：的因素包括：采样方法的选择、带外能量的数值采样方法的选择、带外能量的数值和效应、模拟滤波方法、量化噪声、接收机噪声、和效应、模拟滤波方法、量化噪声、接收机噪声、失真的影响，以及失真的影响，以及A/DA/D转换器的技术特性。转换器的技术特性。38 （3 3）高速并行）高速并行DSPDSP技术技术 数字处理是发展软件无线通信的关键问题数字处理是发展软件无线通信的关键问题，其，其中处理速度是其技术瓶颈。虽然现代可编程数字中处理速度是其技术瓶颈。虽然现代可编程数字信号处理器通常可信号处理器通常可提供高提供高达达200MIPS200MIPS或或50MFLOPS50MFLOPS（每秒百万浮点运算）以上的（每秒百万浮点运算）以上的处理能处理能力力，但现有的任何单个，但现有的任何单个DSPDSP仍无法完成上述运算。仍无法完成上述运算。这就这就必须采用高速并行必须采用高速并行DSPDSP组成的多处理器模块组成的多处理器模块（MCMMCM）或专用集成电路。数字下变频后的高）或专用集成电路。数字下变频后的高速信号处理部分主要完成中频处理、基带处理、速信号处理部分主要完成中频处理、基带处理、比特流处理和信源编码等其它功能工作。比特流处理和信源编码等其它功能工作。39DSP局部存储器DSP局部存储器DSP局部存储器全局存储器全局存储器图3-34 DSP多重处理结构40 融合趋势。融合将成为下一代通信技术发展的“主旋律”。随着网络应用加速向IP汇聚，网络将逐渐向着对IP业务最佳的分组化网的方向演进和融合。下一代网络将是电信网与因特网的融合和发展。融合将体现在“话音与数据”、“传输与交换”、“电路与分组”、“有线与无线”、“移动与WLAN”、“管理与控制”、“电信与计算机”、“集中与分布”、“电域与光域”等多个方面。8.5未来通信技术发展趋势：41交换技术从电路到分组。随着业务从话音向数据的转移，从传统的电路交换技术逐步转向分组交换技术特别是无连接IP技术为基础的整个电信新框架将是一个发展趋势。现有的电路交换技术在传送数据业务方面效率较低，不能按需支持宽带业务，而现有的IP网在支持实时业务方面缺乏服务质量保证，因此，从电路交换向分组交换的转变不是简单的转变。同时，从传统的电路交换网到分组化网将是一个长期的渐进过程，采用具有开放式体系架构和标准接口，实现呼叫控制与媒体层和业务层分离的软交换将是完成这一平滑过渡任务的关键。42传送技术从点到点通信到光连网。WDM技术的出现和发展为电信网提供了巨大的容量和低廉的传输成本，有力地支撑了上层业务和应用的发展。但点到点WDM系统只提供了原始的传输带宽，需要有灵活的网络节点才能实现高效的组网能力。自动交换光网络（ASON）的出现吸取了IP网的智能化经验，有效解决了IP层与光网层的融合问题，代表了下一代光网络的研究方向。43接入技术从窄带到宽带。面对核心网和用户侧带宽的快速增长，中间的接入网却仍停留在窄带水平，而且仍主要是以支持电路交换为基本特征，与核心网侧和用户侧的发展趋势很不协调。接入网已经成为全网带宽的最后瓶颈，接入网的宽带化和IP化将成为本世纪初接入网发展的主要大趋势。有线接入除发展xDSL和以太网等宽带接入技术外，以EPON为代表的宽带光接入技术以及城域以太网技术将成为主要的研发方向和应用重点。无线接入技术方面除了第三代移动通信和无线以太网技术等现有宽带接入技术会大量应用外，具有更高速率、频谱效率和智能的新一代宽带移动通信技术将成为新的发展方向。44无线技术从3G到4G，从单一无线环境到通用无线环境。在宽带业务需求不断增长的情况下，无线传输作为个人通信的重要手段，其矛盾显得十分突出。尽管第三代移动通信系统（3G）能提供Mbps量级的传输速率，但与宽带业务的发展需求相比还相差甚远，远远不能满足未来个人通信的要求。具有高数据率、高频谱利用率、低发射功率、灵活业务支撑能力的未来无线移动通信系统（4G）可将无线通信的传输容量和速率提高十倍甚至数百倍。同时根据各种接入技术的特点，构建分层的无缝隙全覆盖整合系统，形成“通用无线电环境”，并实现各系统之间的互通，将是通往未来无线与移动通信系统的必然途径。45谢谢各位同学！46